主体结构\地基\基础相互作用

摘要:在高层建筑结构基础的设计过程中，考虑上部结构、基础、地基的相互作用，不仅利用了上部结构的刚度，减小了基础尺寸，而且更加符合实际情况，并能取得不错经济效益。

关键字:共同作用;桩土协同工作原理

Abstract: the structure of the high-rise building foundation design process, considering the upper structure, basic, foundation of interaction, not only use the upper structure stiffness, reducing the basic size, and more in line with the actual situation, and can obtain good economic benefits.

Key word: common action; The pile soil collaborative work

中图分类号：TU47文献标识码：A 文章编号：

1.项目概况

本项目位于佛山市南海区里水镇中信大道附近，主体采用框架剪力墙结构，共24+1层，首层层高6.3m，二层以上3.0m，结构总高度77.89m，带一层地下室，基础为CFG桩复合地基上的筏板基础。抗震设防烈度为7度，场地类别Ⅱ类,设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度值为0.10g，剪力墙及框架梁抗震等级二级，50年一遇基本风压为0.5KN/m2。

2．考虑主体结构、经CFG桩处理的地基、筏板基础三者的共同作用

一般建筑结构基础设计时，只考虑静力平衡条件，而没有考虑变形协调条件，这样设计的前提是地基沉降较小并且基础刚度较大。如果地基土压缩性很低，基础不均匀沉降较小，则考虑三者共同作用意义不大。因此，在考虑三者相互作用是，起主导作用的是地基，其次是基础，上部结构只对压缩性地基上基础整体刚度起补充作用。由地质报告可知，该栋建筑所在的场地浅部存在地基承载力特征值为230～350KPa的粉质粘土、残积粉砂、全风化岩等土层，在开挖地下室后，底板底标高基本位于残积土或以上强度的土层上。而该栋为24层建筑，一半地基为强风化岩，承载力较高，按以往工程经验，地基承载力特征值350KPa的土层能基本满足20层高层建筑筏板基础的需要；而对于24层的高层，通过对原土层进行局部地基处理，使地基承载力特征值达到450KPa以上，也能满足筏板基础的要求。故该栋采用天然地基和复合地基上的筏板基础，避免了在灰岩溶洞地区桩基础施工的困难，对本项目的工期及造价都有着有利的影响。

在设计中，取直径400mm桩距1.2m的CFG桩单桩承载力为450KN，天然地基承载力为200Kpa，考虑桩土协同工作原理，取桩间土强度发挥系数为0.8，根据规范算得复合地基承载力为458Kpa。施工时于CFG桩与承台之间设置300mm厚砂石褥垫层，铺设时用静力压实法，要求压实系数不得小于0.94，很好的保证了桩“刺入”土层的效果，从而为桩土协同工作创造了条件。

为了考虑主体结构、地基、筏板基础三者的共同作用， 将加入筏板层的PKPM计算模型导入Midas/Gen中，利用筏板层的虚梁线分割，用厚板单元建立筏板模型后，删除相应的辅助梁线和筏板底以下竖向构件；按确定的地基计算模型和基床系数，以面弹性支承的方式输入筏板底的弹性支承；在筏板平面中加入X、Y向平动约束支承；完成由PKPM转成Midas模型的划分建筑层、添加风荷载和反应谱工况等常规的处理步骤；进行整体分析计算。

将加入筏板层的PKPM计算模型导入Midas/Gen之前，为方便Midas/Gen对板进行板单元的划分，我们会在satwe程序中利用虚梁把筏板层划分成边长不大于1米的网格，如下图“图一”所示。从Midas导出的单元划分三维图形可知，此时筏板上剪力墙在X、Y向都只有一个单元，使得筏板与剪力墙只在两端连接，在剪力墙中间没有剪力墙的单元节点与筏板单元节点相连，从而只有在剪力墙两端点筏板与剪力墙产生变形协调，其结果剪力墙两端产生应力集中，而中间剪力墙对筏板起不到支撑作用，导致筏板内力失真。为了使剪力墙单元与筏板单元在各节点变形协调，在satwe程序中应把筏板层中虚梁与剪力墙相交的墙中间节点复制在上一层的剪力墙上，如下“图二”所示，这样处理完成之后，从Midas导出的单元划分三维图形可知，此时剪力墙单元与筏板单元相配备，如下“图三”所示，剪力墙在中间与筏板有单元节点相连，从而在中间也连接而形成变形协调的效果，此时筏板内力不会在剪力墙两端产生应力集中，内力也较吻合，如下“图四”所示。

图一 Satwe中筏板层用虚梁划分的网格图

图二 Satwe筏板上一层结构图 图三 Midas单元划分三维图

图四Midas筏板弯矩图

3结语

现阶段，成熟的有限元软件给我们提供了大的便利，在一定条件下考虑上部结构、基础、地基的相互作用后，使得高层结构的受力状况更加符合实际，同时还可以取得不错的经济效益。当采用刚性复合地基时，运用合适的构造措施可以合理利用桩间土的承载力，发挥土的潜力。

参考文献

[1]宰金珉、宰金璋高层建筑基础分析与设计——土与结构物共同作用的理论与应用中国建筑工业出版社 1993

[2]郁彦 高层建筑结构概念设计 中国铁道出版社1999 北京

[3]蒋国澄 主编 米祥友 彭安宁 副主编 基础工程400例技术与经济观点中国科学技术出版社1995北京

[4] 建筑地基处理技术规范JGJ 79-2002

[5] 建筑地基基础设计规范GB 50007-2002

[6]高层建筑箱形与筏形基础技术规范 JGJ 6-99

[7]高层建筑混凝土结构技术规程JGJ 3-2010

[8] 混凝土结构设计规范GB 50010-2010